引用本文： 郭耀, 趙巍, 黃劍平, 申明奎, 李思敬, 劉誠, 蘇秀云, 李光林, 畢勝, 裴國獻. 智能假肢的人機接口構建技術——靶向肌肉神經功能重建. 中國修復重建外科雜志, 2023, 37(8): 1021-1025. doi: 10.7507/1002-1892.202304045 復制
當前我國截肢患者數量已超200萬，權威預測這一數字將在未來顯著增長，使截肢患者恢復殘肢功能，既是重返社會的重要保障，又是完善國家公共健康事業的重要舉措[1]。目前，主要通過同種異體肢體移植與假肢功能代償兩種方法恢復殘肢功能。數十年來，國內外對同種異體肢體移植技術進行了大量臨床研究，雖然證明該技術可以重建部分肢體功能，但代價是受試者需承受長期免疫抑制治療的副作用[2-3]。而作為一種恢復肢體功能的傳統手段，假肢功能代償方案在神經信息解碼、模式識別（pattern recognition，PR）與智能控制等技術得到高速發展的基礎上，取得了重大進展，已逐漸成為恢復截肢患者殘肢功能的首選方案[4-5]。
最新的智能假肢已實現人體與假肢之間的直覺通信，使患者可通過直覺操控假肢運動，提升日常活動效率[6]。智能假肢的臨床應用依賴于外科理論與技術的更新[7]，靶向肌肉神經功能重建（targeted muscle reinnervation，TMR）就是由骨科醫生與工程專家共同開發的一種人機接口（human-machine interface，HMI）構建技術，旨在通過手術建立人類與假肢之間信號溝通的渠道，實現大腦對假肢的直覺操控[8]。本文就TMR手術的發展背景及技術細節綜述如下。
1 智能假肢的外科需求
HMI包括利用腦電信號的腦機接口和利用表面肌電信號（surface electromyography，sEMG）的外周神經接口[9]。相比腦電信號，sEMG具有易采集、信噪比高及抗干擾能力強等優勢，更適合作為假肢操控的信號源[10]。截肢患者大腦發出的肢體運動意圖（limb movement intent，LMI）經中樞與外周神經傳導至殘端肌肉，引起肌肉收縮并產生肌電信號，再由貼附于皮膚的電極片采集sEMG。PR技術解析不同sEMG模式所對應的LMI，并操控假肢完成相應的肢體動作，最終實現運動意圖的精準識別[8]。
肌電假肢發展早期，1塊肌肉收縮產生的sEMG只能用于控制假肢的1個運動方向。例如，經肱骨截肢患者殘余肱二頭肌及肱三頭肌收縮產生的sEMG只能分別用于控制假肢肘關節屈曲與伸直，而無法實現假肢腕部及手部的多自由度操控[11]。改良后的肌電假肢增加了模式切換功能，可通過激動肌和拮抗肌的協同收縮、快速重復收縮肌肉、晃動假肢或手動操控開關等多種方式切換假肢在不同自由度之間的運動[12]。雖然這種模式安全可靠，但患者需經過長時間訓練去適應這種非直觀的控制邏輯，加之操作過程繁瑣，影響了患者對假肢的接受程度。
近年來被廣泛應用于智能假肢領域的PR技術是肌電假肢操控過程的核心。PR技術從多組sEMG中提取絕對平均值、波長、過零次數及包絡等特征，進一步利用統計學、機器學習或深度學習等算法進行模式分類[13-15]。然而，PR技術能否應用于截肢患者的重要前提，在于殘肢是否能產生足夠用于解碼LMI所需的sEMG[7]。高位截肢患者有限的殘余肌肉所產生的sEMG不足，制約了sEMG-PR技術的直接應用。
因此，為解決高位截肢患者肌電信號不足所設計的TMR手術應運而生。大腦發出的LMI經過大腦-脊髓-外周神經-骨骼肌通路進行傳導，截肢患者的傳導通路在外周神經這一環節中斷。研究表明截斷后的神經組織在數十年內依然具有傳遞信息的能力，殘余神經組織在轉位后可以重新支配非原生肌肉[9]。因此，如果能將外周神經中的神經電信號轉化為肌電信號，就能彌補高位截肢患者殘端肌電信號不足的缺陷。TMR手術將離斷的外周神經轉位至殘端或軀干的肌肉組織，以重建截肢后中斷的信號傳導通路。術后這些接受神經轉位的靶肌肉成為LMI傳導通路上新增的“生物信號放大器”，增加了人體產生的sEMG數量，后者進一步被用于PR與多自由度肌電假肢的直覺操控[9，16]。
2 TMR手術方案
TMR手術與傳統神經斷端處理技術最大區別在于，要求轉位的神經能重新支配1塊獨立肌肉，而非簡單包埋其中。TMR術中需首先去除靶肌肉原有的運動神經支配，以防止原生神經競爭性抑制轉位神經長入。隨后將較粗的神經主干與靶肌肉較細的運動神經殘端縫合，形成“超神經支配”模式，并在盡可能靠近肌肉的運動神經入肌點附近進行縫合，從而減少神經功能重建所需時間。由此，靶肌肉在完成神經功能重建后，轉位的神經組織替代了原生神經，傳輸由大腦發出的運動控制信號[9]。截肢患者不同殘肢情況及適配的假肢功能決定TMR是一種個性化手術，以下僅介紹經典的TMR手術方案。
2.1 上肢截肢患者
上肢TMR手術方案的設計目的是保證術后殘肢可產生明確可控的肌電信號[9]。肌皮神經的固有功能是控制上臂屈肘肌群，因而對于上臂截肢患者，應首先將離斷的肌皮神經轉位至最佳靶肌肉運動神經位點，旨在重建術后可控的假肢屈肘信號。尺神經在前臂及手內發出的分支控制腕部及手內運動，而經上臂離斷時，轉位殘存的尺神經主干可能產生不可預測的功能重建模式。因此，對于上肢高位截肢患者而言，神經轉位的優先級依次為肌皮神經、正中神經、橈神經和尺神經，以恢復相對應的肘部屈曲、手部閉合、肘部伸展和手部打開及腕關節功能。
對于經肱骨截肢的患者[17]，可根據殘肢情況分別保留肱二頭肌長頭的肌皮神經和肱三頭肌長頭的橈神經近端，這兩塊肌肉收縮產生的sEMG可用于控制假肢肘關節的屈曲和伸直。將正中神經與橈神經遠端分別轉位至切斷原有神經支配的肱二頭肌短頭及肱三頭肌外側頭的運動神經，神經功能重建后產生的sEMG可用于控制假肢手部閉合與張開；尺神經則被轉位至去神經支配的肱肌或喙肱肌的運動神經，用于控制假肢腕關節運動；三角肌和移植的前鋸肌可作為備選肌肉。
經肩關節截肢患者[17]的殘余神經長度十分有限，應更加重視胸背部肌肉的利用。由于這些肌肉并不位于原有的肢體運動信號傳導通路中，因而同樣需要去神經支配。經典方案是將肌皮神經和橈神經近端分別轉位至胸大肌鎖骨頭及前鋸肌的運動神經，用于產生假肢屈肘與伸肘的控制信號；并將正中神經和橈神經遠端分別轉位至胸大肌胸骨頭及背闊肌的運動神經，控制假肢手部的閉合與張開。尺神經可與轉位后的胸小肌運動神經連接，用于控制假肢腕部運動[9]。
經前臂及手部截肢的患者殘余肌肉組織充足，其生理性產生的sEMG數量已可滿足PR需要，無需進行額外手術干預。在此節段進行的TMR手術并非用于控制假肢[18-19]。
2.2 下肢截肢患者
下肢TMR手術方案考慮因素更多，除了需恢復關節運動范圍，還要考慮維持下肢承重與平衡的需求。例如，臀部肌肉及殘余的大腿內收肌群對于平衡保持、蹲坐等功能極為重要，去神經支配將導致難以預料的后果，嚴重時可能顯著降低患者生活質量[20]，因而并不適于作為靶肌肉。另外，陳舊性下肢高位截肢患者的大腿前、后側肌肉可能出現廢用性萎縮，難以產生有效的sEMG。這些因素決定了下肢可供功能重建的肌肉較為有限，需要工程專家深度參與設計個性化手術方案，目前只有少數團隊完成了針對智能假肢的下肢TMR手術。
對于經膝關節截肢患者[21]，可切斷殘余半腱肌和股二頭肌長頭遠端的運動神經分支，并分別與離斷的脛神經與腓總神經進行縫合。TMR術后患者踝關節假肢操控信號來自股二頭肌長頭及半腱肌，而膝關節的運動信號仍由原有肌肉提供。
對于經小腿及足部截肢患者，由于足趾的運動對日常生活影響不大，因而只需恢復假肢的踝關節運動[22]。與低位上肢截肢患者相似，人體殘余肌肉足以提供PR所需肌電信號，無需TMR手術也可實現假肢操控。
3 TMR目標人群與預后
合理選擇目標人群是TMR成功與否的關鍵，不同目的的TMR手術應針對不同目標人群。如前所述，針對假肢控制而設計的TMR手術，主要是為了解決高位截肢患者殘余肌肉sEMG不足的問題。除截肢水平以外，殘余肌肉的質量也是判斷患者能否接受TMR手術的重要因素。神經功能重建后，明顯萎縮的肌肉無法產生有效肌電信號，因而術中應選擇較厚（約1 cm）且寬大（3～5 cm）的肌肉作為功能重建目標[9]。目前，最新的PR技術很大程度消除了相鄰肌電信號串擾的影響，因而不再需要嚴格用脂肪瓣分隔相鄰肌肉[8]，但仍應盡量減少靶肌肉表面脂肪厚度，例如通過削減乳房內脂肪組織使胸大肌更加接近皮膚，從而產生更為清晰的肌電信號[7]。另外，為了穩定采集sEMG，應適當限制目標肌肉的運動范圍，防止因位移過大導致電極片無法檢測到收縮肌肉的肌電信號。
TMR手術原理是重建大腦-脊髓-外周神經-骨骼肌的信號傳導通路，因此禁止對大腦、脊髓或近端臂叢損傷患者實施該手術[17]。對于先天性肢體缺失或幼兒時期截肢患者，大腦尚未形成操控肢體的正常生理信號，即便手術恢復了神經信號傳導通路，患者也難以直觀地利用LMI操控假肢[4]。在設計TMR手術時還應充分考慮切斷肌肉固有運動神經支配的后果，因為神經功能重建的產生是以犧牲肌肉原有運動功能為代價的“功能置換”。例如，以肌力明顯下降肱二頭肌作為轉位目標，術后患者前臂上舉動作將受到很大影響[23]。在這種情況下，可使用再生外周神經接口技術將帶血供的前鋸肌、腹直肌等肌肉游離并移植于殘肢，為TMR創建更多的肌肉靶點[20]。
TMR手術對患者年齡并無明確要求，但考慮到年長者神經再生能力減退，研究者認為年輕患者可能有更好預后[24]。患者在接受TMR后，目標肌肉的神經功能重建平均需要3～6個月，肌電假肢也只能在此之后進行適配與安裝[8]。在截肢手術的同時進行TMR手術，可避免手術本身導致的二次損傷。陳舊性截肢患者在TMR術后還需要接受針對性康復訓練，以適應長期肢體缺失導致的認知能力下降[23]。
近年來，TMR手術還被用于神經瘤及幻肢痛的防治領域，并取得了較好效果。截肢后，離斷的神經軸突會自發向遠端延伸，與周圍結締組織混雜再生而形成神經瘤性組織。傳統治療方法是在切斷神經瘤后，將神經包埋于肌肉、骨骼、脂肪或靜脈，但神經末端會繼續生長并纖維化，依然存在神經瘤復發風險。TMR手術將近端粗大的游離神經主干重新與遠端靶肌肉較細的運動神經終末支連接，使離斷的神經“在合適的地方有事可做”[25]，降低了神經瘤發生率，從而改善瘤性疼痛及殘肢感覺神經造成的幻肢痛，但需注意TMR手術對中樞性幻肢痛無效[26]。針對這一目的而設計的TMR手術對sEMG并無要求，因而對于各層面截肢患者均適用[27]。近年來，臨床隨訪研究均顯示了TMR對于神經瘤及瘤性疼痛的防治效果，與經典的神經末端包埋技術對照的隨機對照試驗也表明TMR能夠改善幻肢痛，并具有減輕殘肢疼痛的潛力[28-30]。TMR術中會對神經組織造成一定損傷，幻肢痛可能在術后出現惡化，4～6周后可逐漸恢復至術前水平[17]。
針對TMR術中可能無法找到靶肌肉運動神經入肌點的問題，國外研究團隊通過尸體解剖，分析了TMR靶肌肉運動神經入肌點的數量及分布區域，為確定手術切口位置提供指示[31-32]。此外，高分辨率核磁共振、高頻超聲檢查也對切口設計具有一定輔助作用。為充分探查運動神經入肌點，TMR術中可能需要大范圍暴露軟組織，而通過更為簡單、無需顯微操作的再生外周神經接口技術包裹神經末端，也有助于降低神經瘤及幻肢痛的發生率[33]。另外，隨著PR技術的發展，未來將無需完全去除靶肌肉的神經支配，利用智能算法即可完成混雜信號的分類與識別，從而顯著降低手術難度。
4 TMR手術的發展與未來
1980年，美國國立衛生研究院（NIH）神經與交流障礙和中風研究所的Gerry Loeb和Andy Hoffer在研究中發現，運動神經軸突被切斷后發生萎縮，導致神經電信號變得微弱而難以穩定采集。由此，二人提出了將神經殘端轉位到供體肌肉上的“靶向神經功能重建”的概念，這也成為最早的TMR雛形。2002年，美國芝加哥康復研究所（RIC，現已更名為Shirley Ryan Ability Lab）的Todd A. Kuiken教授與美國西北大學范伯格醫學院手外科整形醫師Gregory Dumanian共同設計了首例經肩關節水平截肢患者TMR手術，重建了肩關節離斷者的肌電信號并實現了多功能肌電假肢的直覺控制[16]。2015年，中國科學院深圳先進技術研究院李光林教授與深圳南山醫院李文慶教授團隊合作，完成了亞洲首例經肱骨截肢患者的TMR手術，實現了多功能肌電假肢的直覺控制[34]。2018年，上海交通大學張定國教授團隊與復旦大學附屬華山醫院徐文東教授團隊合作，成功實施了經肱骨截肢患者的TMR手術，術中對肱二頭肌、肱三頭肌及三角肌進行了神經轉位[35]。2023年，國家康復輔具研究中心畢勝教授團隊、中國科學院深圳先進技術研究院李光林教授團隊與南方科技大學醫院裴國獻教授團隊合作的首例高位截肢“爪形”TMR手術也已完成。至今，美國、歐洲團隊已成功實施了四肢各節段截肢患者的TMR手術，其適應證也從最初的假肢操控擴展到神經瘤與幻肢痛的防治，同時國外與TMR手術相配套的商業化智能肌電假肢也發展迅速，促進了TMR技術的臨床推廣[12，36]。
人工智能時代的到來給骨科醫生帶來的不僅是艱巨挑戰，更是難得的機遇。TMR技術就像是骨科醫生從數字骨科工具箱中得到的一把鑰匙，打開了通往智能假肢控制的大門，我們將秉持開放的態度迎接智能假肢的到來。TMR作為極具前景的神經瘤與幻肢痛防治技術，在軟組織條件允許前提下，一期TMR手術也將在未來顯示出重要價值。TMR手術與智能假肢的發展和推廣，將有望為我國200多萬截肢患者的身體與心理建設提供新的臨床干預范式。
利益沖突 在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突，經費支持沒有影響文章觀點及報道
作者貢獻聲明 郭耀、趙巍、黃劍平：文章撰寫及修改；申明奎、李思敬、劉誠：文獻檢索及篩選；蘇秀云、李光林、畢勝、裴國獻：觀點形成及綜述構思
當前我國截肢患者數量已超200萬，權威預測這一數字將在未來顯著增長，使截肢患者恢復殘肢功能，既是重返社會的重要保障，又是完善國家公共健康事業的重要舉措[1]。目前，主要通過同種異體肢體移植與假肢功能代償兩種方法恢復殘肢功能。數十年來，國內外對同種異體肢體移植技術進行了大量臨床研究，雖然證明該技術可以重建部分肢體功能，但代價是受試者需承受長期免疫抑制治療的副作用[2-3]。而作為一種恢復肢體功能的傳統手段，假肢功能代償方案在神經信息解碼、模式識別（pattern recognition，PR）與智能控制等技術得到高速發展的基礎上，取得了重大進展，已逐漸成為恢復截肢患者殘肢功能的首選方案[4-5]。
最新的智能假肢已實現人體與假肢之間的直覺通信，使患者可通過直覺操控假肢運動，提升日常活動效率[6]。智能假肢的臨床應用依賴于外科理論與技術的更新[7]，靶向肌肉神經功能重建（targeted muscle reinnervation，TMR）就是由骨科醫生與工程專家共同開發的一種人機接口（human-machine interface，HMI）構建技術，旨在通過手術建立人類與假肢之間信號溝通的渠道，實現大腦對假肢的直覺操控[8]。本文就TMR手術的發展背景及技術細節綜述如下。
1 智能假肢的外科需求
HMI包括利用腦電信號的腦機接口和利用表面肌電信號（surface electromyography，sEMG）的外周神經接口[9]。相比腦電信號，sEMG具有易采集、信噪比高及抗干擾能力強等優勢，更適合作為假肢操控的信號源[10]。截肢患者大腦發出的肢體運動意圖（limb movement intent，LMI）經中樞與外周神經傳導至殘端肌肉，引起肌肉收縮并產生肌電信號，再由貼附于皮膚的電極片采集sEMG。PR技術解析不同sEMG模式所對應的LMI，并操控假肢完成相應的肢體動作，最終實現運動意圖的精準識別[8]。
肌電假肢發展早期，1塊肌肉收縮產生的sEMG只能用于控制假肢的1個運動方向。例如，經肱骨截肢患者殘余肱二頭肌及肱三頭肌收縮產生的sEMG只能分別用于控制假肢肘關節屈曲與伸直，而無法實現假肢腕部及手部的多自由度操控[11]。改良后的肌電假肢增加了模式切換功能，可通過激動肌和拮抗肌的協同收縮、快速重復收縮肌肉、晃動假肢或手動操控開關等多種方式切換假肢在不同自由度之間的運動[12]。雖然這種模式安全可靠，但患者需經過長時間訓練去適應這種非直觀的控制邏輯，加之操作過程繁瑣，影響了患者對假肢的接受程度。
近年來被廣泛應用于智能假肢領域的PR技術是肌電假肢操控過程的核心。PR技術從多組sEMG中提取絕對平均值、波長、過零次數及包絡等特征，進一步利用統計學、機器學習或深度學習等算法進行模式分類[13-15]。然而，PR技術能否應用于截肢患者的重要前提，在于殘肢是否能產生足夠用于解碼LMI所需的sEMG[7]。高位截肢患者有限的殘余肌肉所產生的sEMG不足，制約了sEMG-PR技術的直接應用。
因此，為解決高位截肢患者肌電信號不足所設計的TMR手術應運而生。大腦發出的LMI經過大腦-脊髓-外周神經-骨骼肌通路進行傳導，截肢患者的傳導通路在外周神經這一環節中斷。研究表明截斷后的神經組織在數十年內依然具有傳遞信息的能力，殘余神經組織在轉位后可以重新支配非原生肌肉[9]。因此，如果能將外周神經中的神經電信號轉化為肌電信號，就能彌補高位截肢患者殘端肌電信號不足的缺陷。TMR手術將離斷的外周神經轉位至殘端或軀干的肌肉組織，以重建截肢后中斷的信號傳導通路。術后這些接受神經轉位的靶肌肉成為LMI傳導通路上新增的“生物信號放大器”，增加了人體產生的sEMG數量，后者進一步被用于PR與多自由度肌電假肢的直覺操控[9，16]。
2 TMR手術方案
TMR手術與傳統神經斷端處理技術最大區別在于，要求轉位的神經能重新支配1塊獨立肌肉，而非簡單包埋其中。TMR術中需首先去除靶肌肉原有的運動神經支配，以防止原生神經競爭性抑制轉位神經長入。隨后將較粗的神經主干與靶肌肉較細的運動神經殘端縫合，形成“超神經支配”模式，并在盡可能靠近肌肉的運動神經入肌點附近進行縫合，從而減少神經功能重建所需時間。由此，靶肌肉在完成神經功能重建后，轉位的神經組織替代了原生神經，傳輸由大腦發出的運動控制信號[9]。截肢患者不同殘肢情況及適配的假肢功能決定TMR是一種個性化手術，以下僅介紹經典的TMR手術方案。
2.1 上肢截肢患者
上肢TMR手術方案的設計目的是保證術后殘肢可產生明確可控的肌電信號[9]。肌皮神經的固有功能是控制上臂屈肘肌群，因而對于上臂截肢患者，應首先將離斷的肌皮神經轉位至最佳靶肌肉運動神經位點，旨在重建術后可控的假肢屈肘信號。尺神經在前臂及手內發出的分支控制腕部及手內運動，而經上臂離斷時，轉位殘存的尺神經主干可能產生不可預測的功能重建模式。因此，對于上肢高位截肢患者而言，神經轉位的優先級依次為肌皮神經、正中神經、橈神經和尺神經，以恢復相對應的肘部屈曲、手部閉合、肘部伸展和手部打開及腕關節功能。
對于經肱骨截肢的患者[17]，可根據殘肢情況分別保留肱二頭肌長頭的肌皮神經和肱三頭肌長頭的橈神經近端，這兩塊肌肉收縮產生的sEMG可用于控制假肢肘關節的屈曲和伸直。將正中神經與橈神經遠端分別轉位至切斷原有神經支配的肱二頭肌短頭及肱三頭肌外側頭的運動神經，神經功能重建后產生的sEMG可用于控制假肢手部閉合與張開；尺神經則被轉位至去神經支配的肱肌或喙肱肌的運動神經，用于控制假肢腕關節運動；三角肌和移植的前鋸肌可作為備選肌肉。
經肩關節截肢患者[17]的殘余神經長度十分有限，應更加重視胸背部肌肉的利用。由于這些肌肉并不位于原有的肢體運動信號傳導通路中，因而同樣需要去神經支配。經典方案是將肌皮神經和橈神經近端分別轉位至胸大肌鎖骨頭及前鋸肌的運動神經，用于產生假肢屈肘與伸肘的控制信號；并將正中神經和橈神經遠端分別轉位至胸大肌胸骨頭及背闊肌的運動神經，控制假肢手部的閉合與張開。尺神經可與轉位后的胸小肌運動神經連接，用于控制假肢腕部運動[9]。
經前臂及手部截肢的患者殘余肌肉組織充足，其生理性產生的sEMG數量已可滿足PR需要，無需進行額外手術干預。在此節段進行的TMR手術并非用于控制假肢[18-19]。
2.2 下肢截肢患者
下肢TMR手術方案考慮因素更多，除了需恢復關節運動范圍，還要考慮維持下肢承重與平衡的需求。例如，臀部肌肉及殘余的大腿內收肌群對于平衡保持、蹲坐等功能極為重要，去神經支配將導致難以預料的后果，嚴重時可能顯著降低患者生活質量[20]，因而并不適于作為靶肌肉。另外，陳舊性下肢高位截肢患者的大腿前、后側肌肉可能出現廢用性萎縮，難以產生有效的sEMG。這些因素決定了下肢可供功能重建的肌肉較為有限，需要工程專家深度參與設計個性化手術方案，目前只有少數團隊完成了針對智能假肢的下肢TMR手術。
對于經膝關節截肢患者[21]，可切斷殘余半腱肌和股二頭肌長頭遠端的運動神經分支，并分別與離斷的脛神經與腓總神經進行縫合。TMR術后患者踝關節假肢操控信號來自股二頭肌長頭及半腱肌，而膝關節的運動信號仍由原有肌肉提供。
對于經小腿及足部截肢患者，由于足趾的運動對日常生活影響不大，因而只需恢復假肢的踝關節運動[22]。與低位上肢截肢患者相似，人體殘余肌肉足以提供PR所需肌電信號，無需TMR手術也可實現假肢操控。
3 TMR目標人群與預后
合理選擇目標人群是TMR成功與否的關鍵，不同目的的TMR手術應針對不同目標人群。如前所述，針對假肢控制而設計的TMR手術，主要是為了解決高位截肢患者殘余肌肉sEMG不足的問題。除截肢水平以外，殘余肌肉的質量也是判斷患者能否接受TMR手術的重要因素。神經功能重建后，明顯萎縮的肌肉無法產生有效肌電信號，因而術中應選擇較厚（約1 cm）且寬大（3～5 cm）的肌肉作為功能重建目標[9]。目前，最新的PR技術很大程度消除了相鄰肌電信號串擾的影響，因而不再需要嚴格用脂肪瓣分隔相鄰肌肉[8]，但仍應盡量減少靶肌肉表面脂肪厚度，例如通過削減乳房內脂肪組織使胸大肌更加接近皮膚，從而產生更為清晰的肌電信號[7]。另外，為了穩定采集sEMG，應適當限制目標肌肉的運動范圍，防止因位移過大導致電極片無法檢測到收縮肌肉的肌電信號。
TMR手術原理是重建大腦-脊髓-外周神經-骨骼肌的信號傳導通路，因此禁止對大腦、脊髓或近端臂叢損傷患者實施該手術[17]。對于先天性肢體缺失或幼兒時期截肢患者，大腦尚未形成操控肢體的正常生理信號，即便手術恢復了神經信號傳導通路，患者也難以直觀地利用LMI操控假肢[4]。在設計TMR手術時還應充分考慮切斷肌肉固有運動神經支配的后果，因為神經功能重建的產生是以犧牲肌肉原有運動功能為代價的“功能置換”。例如，以肌力明顯下降肱二頭肌作為轉位目標，術后患者前臂上舉動作將受到很大影響[23]。在這種情況下，可使用再生外周神經接口技術將帶血供的前鋸肌、腹直肌等肌肉游離并移植于殘肢，為TMR創建更多的肌肉靶點[20]。
TMR手術對患者年齡并無明確要求，但考慮到年長者神經再生能力減退，研究者認為年輕患者可能有更好預后[24]。患者在接受TMR后，目標肌肉的神經功能重建平均需要3～6個月，肌電假肢也只能在此之后進行適配與安裝[8]。在截肢手術的同時進行TMR手術，可避免手術本身導致的二次損傷。陳舊性截肢患者在TMR術后還需要接受針對性康復訓練，以適應長期肢體缺失導致的認知能力下降[23]。
近年來，TMR手術還被用于神經瘤及幻肢痛的防治領域，并取得了較好效果。截肢后，離斷的神經軸突會自發向遠端延伸，與周圍結締組織混雜再生而形成神經瘤性組織。傳統治療方法是在切斷神經瘤后，將神經包埋于肌肉、骨骼、脂肪或靜脈，但神經末端會繼續生長并纖維化，依然存在神經瘤復發風險。TMR手術將近端粗大的游離神經主干重新與遠端靶肌肉較細的運動神經終末支連接，使離斷的神經“在合適的地方有事可做”[25]，降低了神經瘤發生率，從而改善瘤性疼痛及殘肢感覺神經造成的幻肢痛，但需注意TMR手術對中樞性幻肢痛無效[26]。針對這一目的而設計的TMR手術對sEMG并無要求，因而對于各層面截肢患者均適用[27]。近年來，臨床隨訪研究均顯示了TMR對于神經瘤及瘤性疼痛的防治效果，與經典的神經末端包埋技術對照的隨機對照試驗也表明TMR能夠改善幻肢痛，并具有減輕殘肢疼痛的潛力[28-30]。TMR術中會對神經組織造成一定損傷，幻肢痛可能在術后出現惡化，4～6周后可逐漸恢復至術前水平[17]。
針對TMR術中可能無法找到靶肌肉運動神經入肌點的問題，國外研究團隊通過尸體解剖，分析了TMR靶肌肉運動神經入肌點的數量及分布區域，為確定手術切口位置提供指示[31-32]。此外，高分辨率核磁共振、高頻超聲檢查也對切口設計具有一定輔助作用。為充分探查運動神經入肌點，TMR術中可能需要大范圍暴露軟組織，而通過更為簡單、無需顯微操作的再生外周神經接口技術包裹神經末端，也有助于降低神經瘤及幻肢痛的發生率[33]。另外，隨著PR技術的發展，未來將無需完全去除靶肌肉的神經支配，利用智能算法即可完成混雜信號的分類與識別，從而顯著降低手術難度。
4 TMR手術的發展與未來
1980年，美國國立衛生研究院（NIH）神經與交流障礙和中風研究所的Gerry Loeb和Andy Hoffer在研究中發現，運動神經軸突被切斷后發生萎縮，導致神經電信號變得微弱而難以穩定采集。由此，二人提出了將神經殘端轉位到供體肌肉上的“靶向神經功能重建”的概念，這也成為最早的TMR雛形。2002年，美國芝加哥康復研究所（RIC，現已更名為Shirley Ryan Ability Lab）的Todd A. Kuiken教授與美國西北大學范伯格醫學院手外科整形醫師Gregory Dumanian共同設計了首例經肩關節水平截肢患者TMR手術，重建了肩關節離斷者的肌電信號并實現了多功能肌電假肢的直覺控制[16]。2015年，中國科學院深圳先進技術研究院李光林教授與深圳南山醫院李文慶教授團隊合作，完成了亞洲首例經肱骨截肢患者的TMR手術，實現了多功能肌電假肢的直覺控制[34]。2018年，上海交通大學張定國教授團隊與復旦大學附屬華山醫院徐文東教授團隊合作，成功實施了經肱骨截肢患者的TMR手術，術中對肱二頭肌、肱三頭肌及三角肌進行了神經轉位[35]。2023年，國家康復輔具研究中心畢勝教授團隊、中國科學院深圳先進技術研究院李光林教授團隊與南方科技大學醫院裴國獻教授團隊合作的首例高位截肢“爪形”TMR手術也已完成。至今，美國、歐洲團隊已成功實施了四肢各節段截肢患者的TMR手術，其適應證也從最初的假肢操控擴展到神經瘤與幻肢痛的防治，同時國外與TMR手術相配套的商業化智能肌電假肢也發展迅速，促進了TMR技術的臨床推廣[12，36]。
人工智能時代的到來給骨科醫生帶來的不僅是艱巨挑戰，更是難得的機遇。TMR技術就像是骨科醫生從數字骨科工具箱中得到的一把鑰匙，打開了通往智能假肢控制的大門，我們將秉持開放的態度迎接智能假肢的到來。TMR作為極具前景的神經瘤與幻肢痛防治技術，在軟組織條件允許前提下，一期TMR手術也將在未來顯示出重要價值。TMR手術與智能假肢的發展和推廣，將有望為我國200多萬截肢患者的身體與心理建設提供新的臨床干預范式。
利益沖突 在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突，經費支持沒有影響文章觀點及報道
作者貢獻聲明 郭耀、趙巍、黃劍平：文章撰寫及修改；申明奎、李思敬、劉誠：文獻檢索及篩選；蘇秀云、李光林、畢勝、裴國獻：觀點形成及綜述構思